一种沙漏状稀土金属催化剂、制备方法及应用

本发明涉及多功能新材料，具体为一种沙漏状稀土金属催化剂、制备方法及应用。

背景技术：

1、工业的快速发展在给社会带来巨大经济效益的同时，也对环境产生了严重的威胁。其中，二氧化碳是常见的工业废气，也是导致温室效应加剧的主要气体。由于二氧化碳无毒、分布广、可再生，将二氧化碳高效转化为有用的化学品在减少环境污染的同时，实现了资源的有效利用。二氧化碳与环氧化物通过环加成反应生成环碳酸酯具有百分之百的原子利用率，环碳酸酯可以应用到电池电解质、胶黏剂、食品打包袋等多种方面。

2、二氧化碳具有热稳定性和动力学惰性，这导致其在化学反应中的难度大大增加，因此，二氧化碳的环加成反应需要借助催化剂来提高反应速率。目前报道的催化二氧化碳与环氧化物生成环碳酸酯的催化剂中，过渡金属催化剂和主族金属催化剂对二氧化碳的环加成反应均具有明显的促进作用。虽然大多数催化体系能够使环碳酸酯转化率和选择性方面表现出良好的活性，但是一般情况下，面临着催化剂稳定性差，反应要求苛刻，催化剂用量大，成本高等问题，无法满足大规模的工业化生产的需求。

技术实现思路

1、针对现有技术中存在的催化剂稳定性差、反应条件苛刻、成本高，无法满足大规模的工业化生产的需求的问题，本发明提供一种沙漏状稀土金属催化剂、制备方法及应用。

2、为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现：

3、本发明提供一种沙漏状稀土金属催化剂，其结构式为：其中m1～m9为稀土金属离子。

4、进一步地，所述稀土金属离子为sc离子、y离子、ce离子、nd离子、sm离子、gd离子、eu离子、tb离子、dy离子、er离子、ho离子、tm离子或yb离子。

5、本发明还提供一种如上述的沙漏状稀土金属催化剂的制备方法，包括：

6、制备席夫碱配体；

7、利用席夫碱配体和稀土金属硝酸盐，制备稀土金属催化剂。

8、进一步地，所述席夫碱配体的结构式为：

9、进一步地，制备席夫碱配体的方法为：

10、将邻香草醛和3-氨基-2-羟基苯乙酮均匀分散于反应溶剂中，反应得到席夫碱配体。

11、优选地，所述邻香草醛和3-氨基-2-羟基苯乙酮的物质的量的比为1:1，反应溶剂为甲醇或乙腈。

12、进一步地，利用席夫碱配体和稀土金属硝酸盐，制备稀土金属催化剂的方法为：

13、将席夫碱配体与稀土金属硝酸盐溶于溶剂中，然后加入三乙胺和dmf，室温条件下，反应得到稀土金属催化剂。

14、进一步地，席夫碱配体和稀土硝酸盐的物质的量的比为1:2。

15、优选地，所述稀土硝酸盐为sc(no3)3·6h2o、y(no3)3·6h2o、ce(no3)3·6h2o、nd(no3)3·6h2o、sm(no3)3·6h2o、gd(no3)3·6h2o、eu(no3)3·6h2o、tb(no3)3·6h2o、dy(no3)3·6h2o、er(no3)3·6h2o、ho(no3)3·6h2o、tm(no3)3·6h2o或yb(no3)3·6h2o。

16、如上述沙漏状稀土金属催化剂在催化合成环状碳酸酯中的应用。

17、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

18、本发明一种沙漏状稀土金属催化剂其结构式为：其中m1～m9为稀土金属离子。该稀土金属催化剂具备特殊的能级结构，使得该催化剂在高温条件仍能保持结构的稳定性，配合物中的n、o原子和稀土金属离子分别作为路易斯碱性和酸性位点，通过相互作用有效活化环氧化物，从而实现催化作用，该稀土金属催化剂稳定性好、催化效率高、成本低。

19、本发明提供一种如上述沙漏状稀土金属催化剂的制备方法，该方法通过制备席夫碱配体；并利用席夫碱配体和稀土金属硝酸盐，制备稀土金属催化剂，方法简单，原料来源广、成本低，且反应时间短，反应条件温和对环境和设备要求低，产率高达70％，适于大规模产业化。

20、如上述的沙漏状稀土金属催化剂在催化合成环状碳酸酯中的应用。可快速而稳定地实现催化合成环状碳酸酯，效率高，且催化剂用量小，成本低，进而提升合成环状碳酸酯的经济性。

技术特征：

1.一种沙漏状稀土金属催化剂，其特征在于，其结构式为：其中m1～m9为稀土金属离子。

2.根据权利要求1所述的沙漏状稀土金属催化剂，其特征在于，所述稀土金属离子为sc离子、y离子、ce离子、nd离子、sm离子、gd离子、eu离子、tb离子、dy离子、er离子、ho离子、tm离子或yb离子。

3.如权利要求1或2所述的沙漏状稀土金属催化剂的制备方法，其特征在于，包括：

4.根据权利要求3所述的沙漏状稀土金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述席夫碱配体的结构式为：

5.根据权利要求3所述的沙漏状稀土金属催化剂的制备方法，其特征在于，制备席夫碱配体的方法为：

6.根据权利要求5所述的沙漏状稀土金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述邻香草醛和3-氨基-2-羟基苯乙酮的物质的量的比为1:1，反应溶剂为甲醇或乙腈。

7.根据权利要求3所述的沙漏状稀土金属催化剂的制备方法，其特征在于，利用席夫碱配体和稀土金属硝酸盐，制备稀土金属催化剂的方法为：

8.根据权利要求3所述的沙漏状稀土金属催化剂的制备方法，其特征在于，席夫碱配体和稀土硝酸盐的物质的量的比为1:2。

9.根据权利要求3所述的沙漏状稀土金属催化剂的制备方法，其特征在于，所述稀土硝酸盐为sc(no3)3·6h2o、y(no3)3·6h2o、ce(no3)3·6h2o、nd(no3)3·6h2o、sm(no3)3·6h2o、gd(no3)3·6h2o、eu(no3)3·6h2o、tb(no3)3·6h2o、dy(no3)3·6h2o、er(no3)3·6h2o、ho(no3)3·6h2o、tm(no3)3·6h2o或yb(no3)3·6h2o。

10.如权利要求1或2所述的沙漏状稀土金属催化剂在催化合成环状碳酸酯中的应用。

技术总结
本发明涉及多功能新材料技术领域，尤其涉及一种沙漏状稀土金属催化剂、制备方法及应用，分子结构式为：M1～M9为稀土金属离子，该催化剂具有结构稳定、催化效率高的特点，制备过程中以希夫碱配体和稀土金属盐为原料，经过室温反应，得到沙漏状稀土金属催化剂，反应条件温和，无需苛刻的反应环境和设备，原料来源广成本低，且反应时间短，产率高，适宜产业化，有效控制了生产投入成本的同时，提升了生产效率和产率。解决现有技术中存在的催化剂稳定性差、反应条件苛刻、成本高，无法满足大规模的工业化生产的需求的问题。

技术研发人员：汪力,李一菲,黄剑,王一凡,夏力,王文珍,刘琪,张雪
受保护的技术使用者：西安石油大学
技术研发日：
技术公布日：2024/11/18